使用相干到非相干光转换的无相干和可重构微波光子滤波器

本研究论文聚焦于利用相干到非相干光转换技术，开发出一种无相干和可重构的微波光子滤波器。这项技术对于处理微波信号具有重要意义，尤其是在相控阵波束形成、雷达、移动通信和无线光纤（RoF）系统等重要应用领域，它的优势在于能够在光域直接处理微波和毫米波信号。该研究由南邮和重庆理工大学的研究人员完成，并在国际光电微电子技术与应用会议发表。 无相干和可重构微波光子滤波器的基础在于半导体光放大器（SOA），通过利用SOA的放大自发辐射（ASE）的交叉增益调制效应，将高相干的射频调制光源转换为非相干光源。利用光学波长解复用器将逆向调制的ASE进行切割，从而实现稳定的横向微波滤波器。滤波器的可重构性通过控制抽头数量和抽头的渐变来实现。该论文中实验性地展示了具有两个、三个和四个抽头的滤波器。 微波光子滤波器较传统基于电子的射频电路具有多项优势，例如低损耗、轻便、宽带宽、良好的调谐性、抗电磁干扰的能力，以及与基于光纤的传输系统内在兼容性，能够被集成到光纤网络中。更重要的是，微波光子滤波器能够克服所谓的电子瓶颈问题。 微波光子学（microwave photonics）是一个相对较新的研究领域，它涉及利用光子技术来处理微波信号。微波光子滤波器是这一领域中的一个重要研究主题。由于微波光子滤波器能够以光的方式进行信号处理，它在处理带宽极宽、信号传输距离极远的微波信号时，具有巨大的优势。 本研究利用了SOA的特性，这是一种广泛应用于光子学领域的设备，它能够放大经过的光信号，同时也可以作为调制器使用。通过使用SOA的交叉增益调制效应，即通过注入一个信号来改变光放大器中其他信号的增益特性，可以实现微波信号的调制。利用该效应将相干光源转化为非相干光源，进而设计出微波滤波器。 为了实现滤波器的可重构性，作者在研究中采用了多抽头结构，通过控制抽头的数量和形状（即渐变或apodization）来实现滤波器传输函数的调整。所谓抽头指的是在滤波器中用于控制信号增益和相位的节点，通过调整这些节点，可以改变滤波器的响应特性，从而达到重新配置滤波器的目的。实验中分别实现了具有两个、三个和四个抽头的滤波器，展示了滤波器性能的改变。 在微波光子学的应用方面，该技术可用于相控阵雷达系统中，以实现对信号的精确波束控制和形成；在移动通信系统中，用于信号的传输、放大和滤波；在光纤无线传输系统中，可实现信号的传输和处理。微波光子滤波器由于其在频域和时域上的灵活处理能力，被认为在未来的通信系统中具有极高的应用价值。 研究中的实验与分析为微波光子滤波器的设计与应用提供了新的思路和方法，特别是在实现滤波器的无相干性和可重构性方面。未来，随着光电子器件的进步，相关技术有望进一步提高滤波器性能，并拓展其在更广泛领域的应用。 通过以上的描述和分析，可以理解这项研究如何通过相干到非相干光转换，将微波光子学原理应用于设计可重构的微波光子滤波器，并展示了其在处理微波信号上的优势和应用潜力。这篇论文不仅在技术层面上提出了创新的方案，也在实践上验证了其可行性，对于微波光子学领域的发展具有重要的意义。